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    側進光背全而分析

    2014-12-23

    側光式把led放置于背光的上下兩邊,布局的調整大大減少了LED的使用,從而減低生產成本及能耗,對廠家及消費者都有莫大好處。但其不可局部調光的弱點,促使了可局部調光矩陣式背光方案的誕生,這是一種側入與直下相結合的一種背光技術。

    回想電視發展歷史,家中的傳統CRT電視一定是大家第一時間想到的產物。踏入2000年,等離子電視開始出現;2003年左右,CCFL(冷熒光燈管光源)LCD TV開始面世及普及;直至2010年,LED背光技術逐漸取代CCFL。大多數行內外人均應為,LED將于兩至三年間可完全取代CCFL作為主要電視的背光源。

    大多數巿民都知道LED背光有好幾種優勢,當中包括電視厚度變薄、能耗降低、色彩更豐富等等。這些優勢都是大眾巿民能夠簡單跟CCFL TV比較下 體現出來。再加上LED TV價格一直下降,讓LED TV在性價比上更顯優勢,這些都是令LED背光電視可以瞬間在巿場普及的主要原因。

    LED背光的發展期間,其實技術一直都有在改善。在最初的點陣式發展到今天的側光式就是其中一種重要的技術提升。在各種明顯的優勢下,廠家近年積極發展LED背光電視。海信、TCL、康佳、創維等國內本地品牌都在埋頭苦干研發自家LED背光,當中技術提升及成本控制都是重要一環。為了讓現代LED背光得以迅速地于巿場普及,各家都開始考慮少用LED,藉此把產品成本降低。但當中最重要的,莫過于把能耗明顯改善,藉以配合國家最新的環保節能政策。少用LED,在背光布陣上就得以調整。原來的點陣式是將LED平均放置于電視背光上,而側光式則把LED放置于背光的上下兩邊。這樣布局的調整,大大減少了LED的使用,從而減低生產成本及能耗。

    但一般人會想到LED少用了,畫面亮度不是會下降嗎?電視畫面質量不是也下降嗎?這個問題廠家一早就預計到,所以大多數廠家都會找出最理想的方法作解決。

    圖題:點陣式與側光式的LED布局

    現在巿場最為普遍的解決方案莫過于使用高效能增亮膜來改善亮度問題。使用增亮膜有別于其它解決方案,相比提升玻璃穿透率來得簡單直接,不用依賴上游玻璃供貨商的研發進度作配合,同時亦有別于使用高效能LED而導致生產成本提升的問題(一般高效能LED比普通LED貴兩至三倍)。增亮膜,簡單來講就是一張超薄的塑料光學片。將其使用在側光式LED背光,不單沒有影響電視整體厚度,更可在成本控制下,補足電視畫面需要的光亮度?,F在美國3M公司生產的DBEF,一般都可以提升大約30%的光亮度。若電視背光本身只有300尼特的亮度,在沒有任何改動下使用DBEF,光度亮大約可提升至390尼特左右。

    使用高效能增亮膜提高畫面亮度

    側光式背光發展

    側邊式LED背光在技術不斷發展下,會從上下兩邊單條LED發展至最終的單邊單條LED。一般在巿場可見的32”兩邊單條LED背光TV, 大約使用120150LED不等。若電視背光改用單邊單條LED,LED顆數可減少至80-100顆不等 (最終能減少LED顆數按品牌技術而定)。若技術得以配合,在可見未來,單邊單條LED會從長邊轉(上或下)至短邊(左或右),這樣的改動更為少用LED顆數。

    LED背光簡單布局圖

    壽命延長

    減少使用LED, 不單對成本控制有正面作用, 我們還見到對模塊的其它正面影響。例如, 模塊溫度會因少用LED減低。若以上面32” LCD TV 為例, 少用LED的數量大約可以減低模塊溫度10%-15%。雖然我們今天不能以科學化的計算這個數字對電子零件, 甚至電視的壽命可延長多少, 但從一般技術而言, 溫度減低對電子零件壽命一定有正面幫助。這方面的幫助在更大面積的LED 背光電視更為明顯, 因為相對少用的LED顆數更少。

    視角更寬

    除此以外,使用高效能增亮膜的解決方案,亦對電視視角起著正面幫助。由于高效能增亮膜的技術原理是透過令偏振光在背光模塊循環反射,直至穿透玻璃。使用了增亮膜較的背光模塊較一般未有使用光學膜片的模塊提升了大約30%光亮度。由于高效能增亮膜有別于一般棱鏡片,它無需犧牲視角而提升亮度,所以這樣的高效能增亮膜很受國內外電視制造廠家歡迎。LCD TV面積越來越大,消費者對于視角亦開始有一定的要求。一臺過萬的47” LCD TV 放在客廳中間,戶主當然希望坐在任何角度的客人,都可享受同一畫質的電視畫面。

    高效能增亮膜簡單原理圖

    節能省電

    當然,大眾最直接能夠體驗到側光式LED背光的好處,就是電視整體能耗降低。普通32” LED 背光電視,現水平一般能耗為80W左右。這個水平在國家最新推出的能源效益標準中相等于第3級。

    若廠家要將電視能耗標準改善,對應解決方案有很多,但使用高效能增亮膜應該會是最簡單及直接有效提升能耗表現。若配合高效能增亮膜,在保持同一亮度的水平下,能耗可減低大約20%-30% (最終表現視乎各品牌技術而定)。從數字上計算,電視能耗基本上能夠透過高效能增亮膜從80W,改善至60W左右。能耗改善不單讓廠家更可大力配合國家環保政策,對消費者而言,相關電費支出亦略有幫助。

    從以上的技術分析,我們看到側光式的背光設計對廠家及消費者都有莫大好處。在不久的將來,側光式單邊單條LED必定是LED背光最終的目的地。

     

    側光式優勢綜合分析

    側光式也有一種叫法是側入式,其最大的一個弱點就是無法局部調光。由于LED燈集中在電視的邊緣,必須由導光板將光均勻輸出到電視畫面上。因此,很難做到對畫面某個區域的亮度調節。而直下式,由于可以通過LED驅動芯片來實現某一局部的LED開關,所以局部調光上優勢明顯。因此,一種新的結合直下和側入兩種技術優點的可局部調光矩陣式背光方案應運而生,并成為相關背光廠商的重點研究方向。

    關于可局部調光的矩陣式背光方案,應該說是一種側入與直下相結合的一種背光技術。來自3M公司光學系統部資深工程師呂奕航介紹,該技術早在2009年就已經有相關的背光廠在做一些基礎研究。目前看來,很多都把該背光方式歸納為直下式的背光技術,簡稱為矩陣式背光。

    該技術的優點應該說集中了直下和側入的兩種技術的優點:

    1.局部調光:在早期的LED TV剛興起的時候,當初就有2種技術直下式和側入式。作為側入式的一個最大的弱點就是無法局部調光,由于LED燈集中在電視的邊緣,必須由導光板將光均勻輸出到電視畫面上。因此,很難做到對畫面某個區域的亮度調節。而直下式,由于可以通過LED驅動芯片來實現某一局部的LED開關,所以局部調光上優勢明顯。而作為2種技術的結合,矩陣式背光同樣可以做到局部調光的功能,而可控的分區則完全由LED驅動決定。在目前早期的一些矩陣式產品上,相比目前的直下式,都會有更多的可控分區。

    2.厚度:關于厚度,則是直下式背光的一個致命弱點,即使是Sharp使用了LED+lenslet的方式大幅降低了消除LED燈影的厚度,其電視整機厚度仍然遠高于側入式的導光板厚度,這也是在2LED背光技術中,直下式徹底落敗的主要原因??梢哉f,矩陣式背光完美的解決了這一矛盾。

    3.畫面對比度:作為圖像質量表現力很重要的一點,相對來說,對比度是LCD的一個弱項。由于液晶的扭轉始終無法實現全開關的0,1控制,因此,通常側入式液晶的對比度即使應用調光技術也就不過在幾千左右。而直下調光技術如果在表現黑畫面的時候將LED關閉,其對比度可以大幅提高,根據LG宣稱,他們的對比度可以達到700萬:1。

    4.節能:在圖像較黑的部分,通過關閉或降低LED電流來實現功耗的降低,也是直下背光的一個優點,同樣,矩陣背光也有相同的優點。

    5.散熱:作為側入式背光的一個技術要點,由于矩陣式背光將LED大量分散在背光中,而不是集中在電視機的一側,這樣對散熱設計相對來說比較簡單。

    雖然矩陣式背光擁有了上述的一些優點,應該說是將來LED設計的一個新方向,但其缺點在目前也是顯而易見的:

    1、由于矩陣背光要求分塊背光必須有精確的控制,通常來說,電路的設計會相應復雜很多;此外,LED芯片的選取以及一些控制芯片也會造成成本的增加。

    2、在組裝上,矩陣背光相應來說,工序復雜度遠高于目前的直下式以及側入式。因此,組裝的良率、成本也是制約其的一個主要因素。

    矩陣式背光與傳統直下式背光相比,其局部調光的精準度在目前看來會高于直下式,由于直下式在下擴散板就已經會發生勻光,而矩陣式的則是在下擴散膜片勻光,這樣相鄰的分區之間的影響需要小于直下式,對對比度的控制會更精細。但是,由于其分區相互影響較小,當萬一某一區域塊的LED損壞,其光學效果缺陷會比直下式看上去明顯很多。此外,其厚度優勢極其明顯。但由于矩陣的每一塊的分區都是相對獨立的一個側入背光,因此,其機構復雜性會高出很多。而目前很多直下式對分區局部控光均通過一塊區域內的一些LED的光進行控制,而矩陣式則必須對每個分塊都進行控制,因此電路相應較為復雜。

    矩陣式與側入相比,解決了局部控光以及智能節能的問題,極大提升了畫面對比度,相對較之簡單的散熱設計;且其由于導光背光距離遠低于側入式,其光學效率也會較側入式更高,在厚度上也完全能做到與側入背光相媲美。唯一與側入背光相比不足的地方還是上述提及的成本與制造復雜度的問題。通常的一張導光板需要通過幾百個分區來實現,即意味著,其零件數以及組裝復雜度相應也提高了幾百倍,由于背光元器件是顯示相關的,其裝配過程中的不良率相信也是很大的一個問題。

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